【正文】 采用是自己尋找代碼然后看懂，最后根據(jù)自己的實驗項目要求來編寫自己的程序。該實驗系統(tǒng)為學(xué)生提供了一個形象而全面的演示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對數(shù)字信號處理課程中理論知識的理解。一個數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)包括：圖像輸入設(shè)備，存儲設(shè)備，計算機(jī)，傳輸設(shè)備以及輸出設(shè)備等功能模塊。計算機(jī)是完成圖像處理與分析的主體與靈魂，其性能的優(yōu)劣決定了處理的效率和效果。數(shù)字圖像處理的優(yōu)點有以下幾個方面 [2]。數(shù)字系統(tǒng)的性能主要由乘法器的系數(shù)決定，而系數(shù)是存放在系數(shù)存儲器中的，只需改變存儲的系數(shù)，就可得到不同的系統(tǒng)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。（4）容易大規(guī)模集成。也就是利用數(shù)字信號處理器同時處理幾個通道的信號。又如有限長沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器，則可實現(xiàn)準(zhǔn)確的線性相310?位特性，這在模擬系統(tǒng)中是很難達(dá)到的 [4]。另外，系統(tǒng)比較復(fù)雜，因而價格昂貴等也是其缺點。GUIDE（Graphical User Interface Development Environment）是 MATLAB 中一個專門用于 GUI 程序設(shè)計的向?qū)гO(shè)計器，通過 GUIDE 可以很方便地設(shè)計出各種符合要求的圖形用戶界面，用戶可以根據(jù)提示完成新界面的制作，卻不必了解新界面內(nèi)部是如何工作的 [6]。包括 MATLAB 命令窗口和桌面、歷史命令窗口、調(diào)試器和編輯器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、文件的瀏覽器、工作空間。 （2）簡單的程序語言 MATLAB 一個高級的矩陣語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。 （3）強(qiáng)大的計算數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達(dá)式作圖。另外新版本的MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。 （6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。 （7）應(yīng)用軟件開發(fā)在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便的控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件的中斷等其他一些常見的功能；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel進(jìn)行連接。在對實驗教學(xué)系統(tǒng)的各界面開發(fā)過程中，需要對 MATLAB 的圖形用戶界面的功能有充分的理解，包括靜態(tài)文本的輸入、數(shù)據(jù)的讀入、按扭的響應(yīng)、坐標(biāo)軸的鏈接等。要將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中的內(nèi)容在用戶界面里展現(xiàn)出來，必須有參數(shù)輸入、結(jié)果輸出、圖形仿真輸出等，且這些都能進(jìn)行對比分析,因此要求有個友好、操作容易、簡單、可讀性強(qiáng)、易修改的圖形用戶界面,選擇 MATLAB 中具有可視化編程能力的圖形界面 GUI，將它提供的工具與編程結(jié)合起來，可以完成軟件界面的創(chuàng)建。其具體的設(shè)計思路如下：（1）應(yīng)用 MATLAB 圖形開發(fā)環(huán)境 GUIDE 提供的一些創(chuàng)建用戶圖形界面工具，設(shè)計整個系統(tǒng)的用戶登錄界面、系統(tǒng)主界面和兩個個子界面。這里主要介紹基于 GUIDE 的創(chuàng)建方式的方法 12]。（2）對象的常規(guī)信息：Enable 屬性： 表示此控件的使能狀態(tài)，設(shè)置為為“off”時則表示不可，而“on”表示可選；Units：設(shè)置控件的位置及大小的單位；Style：控件對象類型；Position：控件對象的位置和尺寸 ； Tag：控件表示（用戶可以自己定義） ；Tool tip String 屬性：提示信息顯示。該屬性值應(yīng)該為一個可以直接求值的字符串，在該對象被選中和改變時，系統(tǒng)將自動地對字符串進(jìn)行求值；Delete F：刪除對象過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)； Create F：在對象產(chǎn)生過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)；Interruptible 指定當(dāng)前的回調(diào)函數(shù)在執(zhí)行時是否允許中斷，去執(zhí)行其他的函數(shù)。12圖 對象瀏覽器對象瀏覽器(Object Browsers)：用于瀏覽當(dāng)前程序所使用的全部有用對象信息，可以在對象瀏覽器中選種一個或多個控件來打開該控件的屬性編輯器。人類用眼睛感受外界的光能量，經(jīng)過視神經(jīng)，傳導(dǎo)神經(jīng)后在大腦中重現(xiàn)出的景物的視覺信息，這是最原始的圖像。組成數(shù)字圖像的基本單位是像素，也就是說，數(shù)字圖像是像素的集合。因此，改善圖像的質(zhì)量是圖像增強(qiáng)的根本目的。例如，檢測對象物的邊緣過于模糊；在比較滿意的一副圖像上發(fā)現(xiàn)多了一些不知道其來源的黑點或者白點；圖像的失真，變形等。但是，目前的增強(qiáng)技術(shù)大多屬于試探式和面向問題的?？臻g域（Spatial Domain）處理方法是在圖像像素組成的二維空間里直接對每一像素的灰度值進(jìn)行處理，它可以是一副圖像內(nèi)像素點之間的運算處理，也可是數(shù)副圖像間的相應(yīng)像素點之間的運算處理。以下是頻率域變換處理的流程框圖 ),(yxf 傅里葉變換)],[(yxF 線性濾波器),(??H)],([1??GF? 傅里葉逆變換),(yxg圖 圖像的空間域與頻率域變換處理流程框圖其中低通濾波用于濾除噪聲，高通濾波用于增強(qiáng)邊緣和輪廓信息。常用的空間域法有圖像的直接灰度變換，直方圖修正，圖像空域平滑和銳化處理，偽彩色處理等。傅里葉變換：1822 年，法國工程師傅里葉指出，一個“任意”的周期函數(shù) F(t)都可以分解為無窮多個不同頻率正弦信號的和，這即是傅里葉級數(shù)。傅里葉變換是線性系統(tǒng)分析的一個有力工具，它能夠定量地分析諸如數(shù)字圖像之類的數(shù)字化系統(tǒng)，把傅里葉變換的理論與物理解釋相結(jié)合，將有利于解決大多數(shù)圖像處理問題，傅里葉變換在圖像處理中的應(yīng)用十分廣泛，如圖像特征提取，頻率域濾波，圖像復(fù)原，紋理分析等 [18]?？臻g域的處理方式有很多種，本人在此次畢業(yè)設(shè)計中采用直接灰度化處理，因此對這種處理作出說明。非線性變換映射函數(shù)如下如所示：對數(shù)變換： ()]),(1[),(gyxfLgCyx???指數(shù)變換： ()1),(]),([?ayxfcb20 圖 對數(shù)變換 圖 指數(shù)變換 霧天降質(zhì)圖像的基本特性分析 霧天降質(zhì)圖像的對比度指數(shù)衰減特性 我們從入射光的衰減和光的成像原理，因此我們知道,在有霧的條件下的圖像的對比度的影響與場景深度(即場景與相機(jī)之間的實際距離)存在非常密切的關(guān)系,為了針對霧天降質(zhì)圖像對比度的實時的有效的增強(qiáng)[10]。另一方面,大自然中的非成像光線被散射進(jìn)入成像系統(tǒng)參與成像,致圖像的飽和度降低,分辨率會下降。最后,對圖像底層處理的最終結(jié)果帶有模糊性(3)視覺系統(tǒng)的非線性 理想的成像系統(tǒng)是線性的,成像系統(tǒng)輸出的光強(qiáng)度應(yīng)該與獲取的視信號幅值成正比,由于電子噪聲以及霧天下隨機(jī)噪聲,導(dǎo)致成像系統(tǒng)的響應(yīng)呈現(xiàn)非線性,將更使得顯示器的輸出較理想情況存在失真。(4)圖像的整體對比度情況22 圖 霧天圖像以其它的灰度直方圖 在本文中,我們采集了霧天降質(zhì)圖像并對其直方圖進(jìn)行分析上圖分別給出了兩場景在不同能見度天氣條件下拍攝的圖像及其對應(yīng)的直方圖情況，通過圖像及其對應(yīng)直方圖的特點進(jìn)行對比分析,可以發(fā)現(xiàn)降質(zhì)圖像在直方圖上具有如下的重要特點:(l)相對于晴天場景的直方圖,霧天降質(zhì)圖像的直方圖上灰度級的高灰度和低灰度點均向中間灰度靠攏!合并,導(dǎo)致像素灰度級的動態(tài)分布范圍減少,而且霧況越重,灰度級合并現(xiàn)象越嚴(yán)重,對應(yīng)灰度級的動態(tài)范圍減少越嚴(yán)重。有效圖像的頻率表征了圖像中灰度變化的劇烈程度,是灰度在平面空間上的梯度圖像中灰度變化緩慢的區(qū)域,對應(yīng)的頻率值較低。限制對比度的多層 POSHE 自適應(yīng)圖像增強(qiáng)算法： 基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法有其簡單快速的特點倍受圖像處理的工程師的青睞，全局直方圖均衡是根據(jù)圖像直方圖計算出灰度變換函數(shù)，對整幅圖像的每一個像素作單一映射，并沒有考慮圖像局部信息，容易造成高頻有用信息丟失。 POSHE 算法：公式如下所示: ())]()()()([41 432k ekekekeke rTrrTrS ??? 其中： 表示區(qū)域 e 內(nèi)灰度值為 k 的像素經(jīng)過 POSHE 處理后的灰度值。POSHE 算法先對每個子塊作限制對比度直方圖均衡，再將改進(jìn)的多層 POSHE 處理結(jié)果加權(quán)融合，處理后圖像不僅具有良好的灰度分布、鮮明的局部細(xì)節(jié)還擁有豐富的邊緣信息，且塊效應(yīng)也能得到充分抑制。(2) 基于全局圖像質(zhì)量評價的自適應(yīng)加權(quán)融合：選擇合適的圖像質(zhì)量評價指標(biāo)，對每層 POSHE 處理后圖像的質(zhì)量進(jìn)行評估，以各層指標(biāo)之間的比例作為融合的系數(shù)，其中 wi 其中為歸一化的評價指標(biāo)滿足 ，P j 為第 j 層 ?njjPw10)/( 1)/(??njjwPOSHE 處理的結(jié)果， n 為 POSHE 處理的層數(shù)， P0 為處理后的結(jié)果圖像。改進(jìn)算法基于二色大氣散射模型，通過對天空區(qū)域的自動劃分以及從信息論角度求得最小失真意義下原始圖像的最優(yōu)估計，從而一次性自動獲取所需復(fù)原參數(shù)，實現(xiàn)單幅霧天降質(zhì)圖像復(fù)原。然而該模型要利用雷達(dá)等設(shè)備獲得景深信息，其成本較高、操作不便，難以在現(xiàn)實中廣泛應(yīng)用。與此峰值所在區(qū)域?qū)?yīng)的是天空區(qū)域的灰度變化范圍。算法實現(xiàn)： 因此， D 的離散表達(dá)式為：uLgJ???)u( ()????)(lg),q( iiiii qpqp其中，p ( x )是對 f 的一個先驗估計，即霧天降質(zhì)圖像；q 是滿足約束條件的函數(shù),上式具有最小值的 q ，即為 f 的最優(yōu)估計，即可復(fù)原霧天降質(zhì)圖像。降低 Retinex 輸出平滑區(qū)域和高對比度邊緣的增益，提高其細(xì)節(jié)增益，并且小尺度 Retinex 輸出不同區(qū)域增益差大，而大尺度 Retinex 輸出不同區(qū)域增益差小，從而使圖像細(xì)節(jié)更清晰，同時場景輪廓和顏色呈現(xiàn)更自然。圖像平滑區(qū)域的 Retinex 輸出值分布于 0 的附近，圖像的高對比度邊緣的 Retinex 輸出值分布于值域的兩端，即對應(yīng)于較小或較大的值，而圖像細(xì)節(jié)的 Retinex 輸出值分布于值域的中間，因此，本文采用的空間變化增益的數(shù)學(xué)形式表述如下： ()???????? 12]),(exp(),(21[),(g byxNRkyNRbkyx iii nn26其中， k1 , k 2,b 為常數(shù)因子，用于調(diào)節(jié)增益變化曲線； 指規(guī)一化的 ),(nyxNRiReinex 輸出 ， 指規(guī)一化的高斯環(huán)繞函數(shù)的尺度常數(shù)，它們定義為：)(yxRinnC ()max),(),(nnRyyxNi? 其中 ， ，其中??),(mannRii?axCn ??nmaxC?提出一種新的增益函數(shù)，對 MSR 算法通過計算圖像亮度和其周圍局部亮度的平均值的比值消除光照影響后的反射分量自適應(yīng)進(jìn)行增強(qiáng)，有效地克服了平滑區(qū)域噪聲放大和高對比度邊緣暈環(huán)效應(yīng)現(xiàn)象，得到更清晰的細(xì)節(jié)和更自然的場景輪廓。為了對圖像處理的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行合理評估，圖像質(zhì)量評價的研究已經(jīng)成為圖像信息工程的基礎(chǔ)技術(shù)之一。具體算法對本人來說，不好解釋?？陀^評價方法方便、快捷, 容易實現(xiàn)并能結(jié)合到應(yīng)用系統(tǒng)中,但它和人的主觀感受有出入。第三幅圖片的分析 對比度 信噪比原始圖片 線性化處理 非線性化處理 改進(jìn)型算法處理 由上圖表格的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的圖片在對比和信噪比的性能上都有好轉(zhuǎn)，其中非線性化處理的效果比線性化處理的效果好一些，改進(jìn)型算法處理的性能是最優(yōu)異的。（2）基于 MATLAB 對數(shù)字圖像處理有了一定程度了解。38第五幅圖片的分析 對比度 信噪比原始圖片 線性化處理 非線性化處理 改進(jìn)型算法處理 由上圖表格的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的圖片在對比和信噪比的性能上都有好轉(zhuǎn)，其中非線性化處理的對比度比線性化處理的效果好一些，但是其信噪比不如線性化處理的信噪比，改進(jìn)型算法處理的性能是最優(yōu)異的。37第一幅圖片的分析 對比度 信噪比原始圖片 線性化處理 非線性化處理 改進(jìn)型算法處理 由上圖表格的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的圖片在對比和信噪比的性能上都有好轉(zhuǎn)，其中非線性化處理的效果比線性化處理的效果好一些，改進(jìn)型算法處理的性能是最優(yōu)異的。所以說客觀法也就是用科學(xué)儀器來測量圖像的相關(guān)參數(shù)，然后對其進(jìn)行評估。根據(jù)視覺效果可知，原始的霧天非常模糊，經(jīng)過對比度增強(qiáng)之后，圖像明顯變得清晰了很多了，并且經(jīng)過改進(jìn)型算法之后，圖像的視覺效果也有一定的好轉(zhuǎn)。 基于 MATLAB 降質(zhì)圖像的實驗結(jié)果實驗結(jié)果顯示：共有五副圖片進(jìn)行了去霧處理第一幅